計(jì)算機(jī)在神經(jīng)科學(xué)中的應(yīng)用

王榕

隨著21世紀(jì)的到來(lái)，計(jì)算機(jī)已經(jīng)逐漸走入人們的日常生活當(dāng)中，越來(lái)越多的人了解計(jì)算機(jī)，熟知計(jì)算機(jī)的使用原理。而計(jì)算機(jī)不僅僅被運(yùn)用在人們的生活當(dāng)中，在很多科學(xué)研究領(lǐng)域當(dāng)中，計(jì)算機(jī)已經(jīng)做出了非常多的貢獻(xiàn)。神經(jīng)科學(xué)在當(dāng)今社會(huì)分屬于生命科學(xué)，人們研究神經(jīng)科學(xué)，從而使自身更加了解人體生命的演變。文章主要研究了計(jì)算機(jī)在神經(jīng)科學(xué)中的應(yīng)用。本文從神經(jīng)科學(xué)的釋義角度出發(fā)，深入分析了計(jì)算機(jī)在神經(jīng)科學(xué)中的具體應(yīng)用實(shí)踐，希望能夠充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)在神經(jīng)科學(xué)當(dāng)中的作用。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī) CLSM 神經(jīng)科學(xué) 應(yīng)用

計(jì)算機(jī)技術(shù)被運(yùn)用到神經(jīng)科學(xué)的研究當(dāng)中，從而使研究人員對(duì)神經(jīng)科學(xué)的研究數(shù)據(jù)了解更加清晰透徹，也使醫(yī)療人員從計(jì)算機(jī)的角度更加精準(zhǔn)的判斷出神經(jīng)方面的疾病。計(jì)算機(jī)常見的應(yīng)用主要是與激光共聚焦顯微鏡的配合。該種顯微鏡被簡(jiǎn)稱為CLSM，是一種熒光成像技術(shù)，并配以計(jì)算機(jī)的圖像處理技術(shù)，二者之間的結(jié)合能夠使醫(yī)生以及研究人員更加清晰的探測(cè)神經(jīng)細(xì)胞組織的變化，并且實(shí)現(xiàn)神經(jīng)科學(xué)研究的現(xiàn)代化。

1 神經(jīng)科學(xué)釋義

所謂的神經(jīng)科學(xué)指的是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的研究，人們需要了解神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及其功能。部分學(xué)者專門研究了神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育狀況，還將其列入到遺傳學(xué)以及生物學(xué)等領(lǐng)域當(dāng)中。在生理學(xué)、病理學(xué)甚至是藥理學(xué)中也涉及到了神經(jīng)科學(xué)的相關(guān)內(nèi)容。神經(jīng)科學(xué)的研究是人類在研究人腦的過(guò)程中一個(gè)跨領(lǐng)域的范疇，其中涉及到了分子、細(xì)胞、神經(jīng)組織以及神經(jīng)系統(tǒng)等多個(gè)方面的知識(shí)。人類對(duì)于神經(jīng)科學(xué)的最高研究是從認(rèn)知科學(xué)的角度來(lái)分析認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)，并且將該方面的專家成為認(rèn)知心理學(xué)家。很多研究人員都認(rèn)為認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)能夠?yàn)槿祟悓?duì)思維的研究提供數(shù)據(jù)，并且認(rèn)為認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的研究能夠代替心理學(xué)。從1969年開始，人們成立了研究神經(jīng)科學(xué)的學(xué)會(huì)，但在這之前，人類就已經(jīng)開始了對(duì)人類大腦的研究，并且從遺傳等角度對(duì)神經(jīng)學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)的考慮和探討。傳統(tǒng)神經(jīng)科學(xué)只是生物科學(xué)中一個(gè)細(xì)小的分支，但當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)神經(jīng)科學(xué)可以涉及到很多個(gè)領(lǐng)域以后，將其單獨(dú)列為一個(gè)學(xué)科。專家們認(rèn)為，神經(jīng)科學(xué)的研究是人類最為偉大的研究課題之一，其能夠帶給人們非常大的挑戰(zhàn)性。從21世紀(jì)以來(lái)，人們對(duì)于神經(jīng)科學(xué)的研究已經(jīng)不再像從前那樣熱衷，而是將精力都轉(zhuǎn)向了生命科學(xué)，但神經(jīng)生物學(xué)卻作為生命科學(xué)的一個(gè)分支被列入到了重點(diǎn)研究的行列之中。人類已經(jīng)進(jìn)入到了計(jì)算機(jī)的時(shí)代，為了解開更多神經(jīng)科學(xué)中的未解之謎，人類將計(jì)算機(jī)運(yùn)用到神經(jīng)科學(xué)當(dāng)中，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)在神經(jīng)科學(xué)當(dāng)中的作用，以此來(lái)推動(dòng)神經(jīng)科學(xué)的進(jìn)步。

2 計(jì)算機(jī)在神經(jīng)科學(xué)中的應(yīng)用

2.1 計(jì)算機(jī)在神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)測(cè)定方面的應(yīng)用

研究神經(jīng)科學(xué)的研究人員在觀察細(xì)胞的行傳以及面積等參數(shù)的過(guò)程中會(huì)采用CLSM，并使其與計(jì)算機(jī)進(jìn)行配合，完成對(duì)細(xì)胞的物理化學(xué)參數(shù)的自動(dòng)測(cè)定。當(dāng)該種顯微鏡對(duì)細(xì)胞的例子以及DNA等物質(zhì)測(cè)量完成以后，研究人員就能夠根據(jù)細(xì)胞分布的結(jié)構(gòu)組織來(lái)對(duì)其進(jìn)行定性和定量，從而完成細(xì)胞功能方面的研究。細(xì)胞中含有很多物質(zhì)，其中離子的成分居多。而當(dāng)細(xì)胞中的離子濃度發(fā)生變化就會(huì)影響細(xì)胞的變化。而鈣離子也是細(xì)胞中離子的一部分，鈣離子能夠參與各種生命活動(dòng)。如果細(xì)胞凋亡，鈣離子的濃度就會(huì)發(fā)生變化。研究人員利用計(jì)算機(jī)對(duì)細(xì)胞中的離子進(jìn)行了測(cè)定，觀察鈣離子等離子的數(shù)量以及形態(tài)。當(dāng)CLSM在計(jì)算機(jī)當(dāng)中形成二維或者是三維的圖像，神經(jīng)細(xì)胞經(jīng)過(guò)外界的刺激以后，就會(huì)增加活動(dòng)的頻率，而研究人員也能夠從計(jì)算機(jī)中觀察到細(xì)胞的變化情況。計(jì)算機(jī)還將運(yùn)用于細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)測(cè)定時(shí)的計(jì)算。研究人員對(duì)神經(jīng)細(xì)胞的內(nèi)物質(zhì)進(jìn)行測(cè)定將會(huì)出現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)如果只憑借研究人員的計(jì)算會(huì)耗費(fèi)很多時(shí)間，而且這種人工計(jì)算方式本身就會(huì)存在失誤。但是，如果將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，充分利用計(jì)算機(jī)本身所具有的強(qiáng)大計(jì)算能力，不僅能夠使計(jì)算的結(jié)果更為準(zhǔn)確，還能夠幫助研究人員準(zhǔn)確判斷細(xì)胞內(nèi)部的所發(fā)生的變化。

2.2 計(jì)算機(jī)在神經(jīng)干細(xì)胞測(cè)定方面的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)也被應(yīng)用到神經(jīng)干細(xì)胞的測(cè)定當(dāng)中。醫(yī)生采用激光共聚焦顯微鏡來(lái)觀察神經(jīng)干細(xì)胞，將其提煉到體外進(jìn)行研究。采用CLSM來(lái)配合激光，瞬間完成神經(jīng)細(xì)胞膜的穿透，從而使細(xì)胞進(jìn)行融合。而在手術(shù)的過(guò)程中，以計(jì)算機(jī)為依托的CLSM將配合醫(yī)生的手術(shù)，做細(xì)胞的外科切除手術(shù)。部分醫(yī)生在觀察神經(jīng)纖維的過(guò)程中也會(huì)使用計(jì)算機(jī)，從CLSM中形成的影像被傳輸?shù)接?jì)算機(jī)當(dāng)中，醫(yī)生從計(jì)算機(jī)的屏幕中觀察細(xì)胞纖維的動(dòng)態(tài)，并且觀察整個(gè)髓鞘的變異數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行分析。計(jì)算機(jī)在神經(jīng)干細(xì)胞測(cè)定中的使用能夠很大程度的提高研究人員對(duì)神經(jīng)細(xì)胞的研究分辨率，使細(xì)胞纖維的動(dòng)向被放大，能夠顯示出更加清晰的影像。

2.3 計(jì)算機(jī)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)診斷方面的應(yīng)用

激光共聚焦顯微鏡是中樞神經(jīng)系統(tǒng)診斷過(guò)程中常用的器材之一，該種顯微鏡的應(yīng)用能夠避免檢查種樹神經(jīng)疾病時(shí)出現(xiàn)的病理假象。而該種顯微鏡在檢查中樞神經(jīng)病癥的過(guò)程中正式通過(guò)對(duì)神經(jīng)軸的觀察，使其在計(jì)算機(jī)當(dāng)中形成三維結(jié)構(gòu)，以此使醫(yī)生更加清晰的觀察到神經(jīng)組織當(dāng)中初選的病變。我國(guó)一些學(xué)者在研究計(jì)算機(jī)在神經(jīng)疾病方面的應(yīng)用過(guò)程中，采用CLSM與計(jì)算機(jī)結(jié)合的方式來(lái)進(jìn)行分析，以此來(lái)發(fā)現(xiàn)存在于人體神經(jīng)方面的疾病，有助于相關(guān)研究人員深入的研究。

3 結(jié)論

總而言之，通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，研究人員和醫(yī)生不僅能夠有效解決在神經(jīng)醫(yī)學(xué)方面的難題，還能夠降低由于人工計(jì)算和操作等方面所存在的失誤，從而促進(jìn)神經(jīng)醫(yī)學(xué)更加良好的發(fā)展。此外，隨著計(jì)算機(jī)軟件的不斷開發(fā)，其在神經(jīng)學(xué)科方面的應(yīng)用將更加廣泛，發(fā)揮更加重要的作用，具有廣闊的發(fā)展前景。

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作者單位

西安市鐵一中學(xué) 陜西省西安市 710054